JP2007052928A - 近接センサー - Google Patents

Abstract

【課題】 近接センサーの内部におけるノイズ光を極力少なくし、検出作用のＳ／Ｎ比を向上させて検出可能な距離範囲を拡大すると共に、それを部品点数を増さずに実現するための近接センサーの構造を提供すること。
【解決手段】 赤外線発光素子と受光素子とを接近させてほぼ同一方向に併設配置した近接センサーにおいて、前記各素子の前面には側方に連結された形状の一対の遮光樹脂より成る筒型の遮光体を備えると共に、該一対の筒型の遮光体のそれぞれの内部には可視光に対して不透明であるが赤外線に対しては透過性のある可視光カット樹脂が充填されており、前記連結された一対の筒型の遮光体と前記可視光カット樹脂とは、二色成形技術により一体化された一個の部品を構成していること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば携帯電話機等が使用者の顔に近接しているかどうかを検出することが可能であるような、小型の近接センサーに関する。

携帯電話機の機能の進化は著しく、画像表示の質や搭載されるカメラの改善、音響面での改善があり、ＴＶ電話機としても使用されようとしている。このような用法においては使用者が電話機を顔から離して自分自身をカメラで写しながら相手と会話することもよく起こるようになる。その際、電話機のスピーカーは大きな音量を出す状態で使用される。そしてそのままの状態で低音量に戻す操作を忘れ、普通の使用法として、携帯電話機のスピーカー部を耳に近づけて使用してしまうと、突然の大きな音量のために使用者の聴覚がダメージを受ける危険がある。これは使用者の安全を考慮するとき必ず避けなければならない問題である。

従来、上記のごとき危険を避けるため、イヤープロテクトセンサーとして、近接センサーが使用されていた。すなわち、携帯電話機のスピーカー部の近傍に近接センサーを設けて、電話機と使用者の顔の皮膚との距離を検出し、近接していると判定された場合には、過大な音量が出ないように自動的に音響回路を制御することが行われていた。通常の近接センサーの構成は、赤外線を発光する赤外線ＬＥＤ（ＩＲ−ＬＥＤ）を用いた発光素子とフォトダイオード（Ｐ−Ｄｉ）を用いた受光素子を併設し、発光素子から発光し、顔の皮膚で反射して受光素子に入射した赤外線をＰ−Ｄｉで検出し、その出力電流を増幅して近接の程度を示す信号とし、この近接信号で音量制御を行うのが一般的であった。

図４は第１の従来例の近接センサーの使用状態を示す要部断面図である。１は回路基板で、携帯電話機等の電子機器の内部に設けられ、多数の電子回路部品を搭載している。２は赤外線ＬＥＤである発光素子、３はフォトダイオードである受光素子で、両素子は対になって近接センサーの主要部をなすと共に、発光面あるいは受光面を上向きにして回路基板１の上面に隣接して実装されている。

４は携帯電話機等の外壁をなす機器筐体、５は窓で機器筐体４の近接センサー部に面して設けた開口部を覆い、不要な可視光はカットするが発光素子の発する赤外線は透過させる材質の板材である。発光素子２が発する赤外線の出射光６は窓５を通過して顔の皮膚等の反射体７に当たり反射光８（反射率や距離により弱まるので出射光６より細い実線で表現してある）となって戻り受光素子３に入射して検出される。このとき、出射光６の一部６ａは窓５の内表面にて反射され受光素子３に直接入射するノイズ光９となる。

図３は第２の従来例の近接センサーの要部を示す断面図である。本例と上記第１の従来例とのセンサー構造の相違点は、窓５に代わり、下端が発光素子２および受光素子３の上面にほぼ達し、上端がやや開いた２本の柱状をなし、側方に連結して成形された可視光カット樹脂１０（窓５と同様に赤外線は透過する材質である）を用いている。また受光素子３に面した側の可視光カット樹脂１０の柱体と受光素子３とを包囲するように黒色のゴムシートである遮光ラバー１１を設けたことである。なお反射体７は図示を省略した。

本例においても，出射光の一部６ａは可視光カット樹脂１０の内部で何度か反射して反射体からの反射光８とは無関係なノイズ光９ａとなって受光素子３に入射するし、出射光の他の一部６ｂは発光素子側の可視光カット樹脂の柱体を一旦出て隣の受光素子側の柱体に入射し（但し遮光ラバー１１がない場合）、内部反射を繰り返した末ノイズ光９ｂとなって受光素子３に入射する。遮光ラバー１１を設けることによって後者のノイズ光９ｂはカットできるが、前者のノイズ光９ａは除去できない。これは可視光カット樹脂１０の２つの柱体を１個の部品として便利に扱えるように連結してあるためである。

近接センサーが実用的であるためには、対象物が一般的に５〜２０ｃｍ程度の範囲にあるかどうかが検出できることが望ましい。しかし対象物からの反射光として戻ってくる信号光の量は、その反射面がセンサーから遠いほど小さくなる。一方上述のノイズ光となる光は発光素子のごく近距離（例えば数ｍｍ以内）からの反射光であるため強度は大きい。従ってこのようなノイズ光が受光されると、検出作用のＳ／Ｎ比を甚だ小さくし検出精度を劣化させる。従って、上記のような従来例では信頼できる検出距離は例えば３ｃｍ以内となってしまうことがあり、使用上不満が大きかった。

また従来例では、近距離側での問題は比較的少ないが、そうでない場合も起こり得る。すなわち近接センサーの前端（可視光カット樹脂の上端）が機器筐体の表面とほぼ同一面になっていた。そのため近接センサーが対象物の一部（例えば耳など）に接触するほど極端に接近するかあるいは密着するような状況下では、出射した光の反射光が受光素子側に入ることができず、あたかも対象物が無限遠にあると検出回路が誤解し、携帯電話機の場合では適切な音量制御ができなくなる恐れもあった。

本発明の目的は、近接センサーの内部におけるノイズ光を極力少なくし、検出作用のＳ／Ｎ比を向上させて検出可能な距離範囲を拡大すると共に、それを部品点数を増さずに実現することであり、そのための近接センサーの構造を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の近接センサーは次の（１）の特徴を備える。
（１）電子機器の一面に設けられ、赤外線発光素子と受光素子とを接近させてほぼ同一方向に発光と受光が行われるように配置した近接センサーにおいて、前記赤外線発光素子より発光する光が外部の反射体からの反射作用を経由せずに前記受光素子に到達することを防止する遮光性樹脂より成る、側方に連結された形状の一対の筒型の遮光体を前記赤外線発光素子と受光素子との前面に備えると共に、該一対の筒型の遮光体のそれぞれの内部には可視光に対して不透明であるが赤外線に対しては透過性のある可視光カット樹脂が充填されており、前記連結された一対の筒型の遮光体と前記可視光カット樹脂とは、二色成形技術により一体化された一個の部品を構成していること。

上記目的を達成するため、本発明の近接センサーは更に次の（２）〜（４）の特徴を備えることがある。
（２）前記筒型の遮光体のそれぞれの下端は、前記赤外線発光素子および前記受光素子の少なくとも上端部分を包囲していること。

（３）前記受光素子の周囲及び該受光素子の前面の筒型の遮光体の少なくとも下端部の周囲を、更に遮光性のラバー部材で覆ったこと。

（４）前記筒型の遮光体の上面は、前記電子機器の筐体に設けた凹部内に配置され、前記筒型の遮光体の上面は前記電子機器の筐体の主たる表面よりも後退していること。

二色成形技術によりそれぞれ可視光カット樹脂を充填した筒型の遮光体を連結した構造の請求項１に係る発明は、発光素子から発し可視光カット樹脂に入射した赤外線が反射体での反射を経由せずに受光素子に入射してノイズ光となることがなく、Ｓ／Ｎ比を向上させてセンサーの検出距離を伸ばすことができ、しかも発光素子、受光素子前面の主要部材を１個の部品として実現できる効果がある。

また更に筒型の遮光体の下端部で発光素子と受光素子の上端部分を包囲した構造の請求項２に係る発明は、筒型の遮光体の下端部からの漏洩光および侵入光を防止することにより、更にＳ／Ｎ比を改善することができる効果を有する。
また更に筒型の遮光体の下端部の周囲を遮光性のラバー部材で覆った構造の請求項３に係る発明は、筒型の遮光体の下端部からの漏洩光および侵入光をより完全に防止することができ、更にＳ／Ｎ比を改善することができる効果を有する。

また更に筒型の遮光体の上面を前記電子機器の筐体に設けた凹部内に配置した構造の請求項４に係る発明は、センサー前面と対象物との最小限の距離を確保し、接近し過ぎによりセンサーが動作しない事態が発生することを簡単な構造によって防止することができる効果がある。

赤外線発光素子と受光素子とを接近させてほぼ同一方向に併設配置し、前記各素子の前面には側方に連結された形状の一対の遮光樹脂より成る筒型の遮光体を備えると共に、該一対の筒型の遮光体のそれぞれの内部には可視光に対して実質的に不透明であるが赤外線に対しては透過性のある可視光カット樹脂が充填されており、前記連結された一対の筒型の遮光体と前記可視光カット樹脂とは二色成形技術により一体化された一個の部品を構成する。

図１は本発明の近接センサーの実施例１の要部断面図である。従来例と共通する部材あるいは部分には同じ符号を付して説明の重複を避けることにする。以下第２の従来例（図３）と異なる構成について説明する。赤外線発光素子２と受光素子３の前面に配置した２本の柱状の可視光カット樹脂１０は相互に連結しておらず、筒型の遮光体１２の内部に充填された状態に成形されている。２本の筒型の遮光体１０は隣接しかつ一体成形されている。材質としては少なくとも赤外線を吸収又は反射することによって遮断できる樹脂材料を用いる。可視光がノイズとなることを防止するには更に可視光成分をもカットできる樹脂材料を用いることが望ましい。

連結した２本の筒型の遮光体１１とそれらの内部の可視光カット樹脂１０は二色成形技術を用いて一体化され、取扱性に優れた１個の部材となっている。二色成形（ダブルモールド）法とは、通常２組の射出装置（シリンダ）を備えた専用の射出成形機を用いて行われるもので、第１シリンダよりまず１色（１材）目の樹脂を成形型内に注入して成形し、次に一旦型を開き、１次成形品を例えばコア側の型に付着させたまま金型を回転させて第２のキャビティ型と結合させて型を閉じ、次いで第２シリンダより２色（２材）目を注入成形し、２次成形品を金型から取り出すという一連の工程を自動的に行う技術である。本発明においては連結した遮光体１１を１次成形し、次いでその内部に可視光カット樹脂を注入してもよいし、その逆の順序で成形してもよい。

このように、第１実施例においては赤外光の通過媒体である可視光カット樹脂１０が光学的に完全に分離されているので、第２従来例（図３）のようなノイズ光９ａ、９ｂの経路が生じる余地がなく、近接センサーのＳ／Ｎ比が格段に向上し、検出可能な最大距離を１０ｃｍ台に伸ばすことが容易にできるようになった。また、本実施例には更に筒型の遮光体１２の下端が遮光ラバー１１内に挿入されている。遮光ラバー１１は以上の説明では本来不要になったものであるが、赤外線発光素子２の上面と可視光カット樹脂１０及び遮光体１２の下端との僅かな隙間から側方に漏れ、迷光となって受光素子３側に到達する極めて僅かなノイズ光をも防止し、センサーのＳ／Ｎ比を極限まで向上させるために設けてあり、本発明を実施する全ての場合に必須の要件ではない。なお遮光ラバー１１は巻いたシート状ではなく、遮光体１２に適合する位置に穴を設けた成形体とした。

また第１実施例においては可視光カット樹脂１０の上端面が、機器筐体４の凹部４ａの低部に配置され、従来例１および２とは異なり機器筐体４の表面より嵌入している。これによって、通常の使用法ではセンサーと反射体７（機器筐体４の表面より入り込むことはほとんどないと考えられる）との間に最小限の距離（隙間）が確保されることになり、近接センサーが誤動作（誤判断）する可能性を極度に小さくしている。なお、携帯電話機の場合、近接センサーが設けられる筐体表面上の場所（すなわち凹部４ａの場所）は受話器（スピーカー）のある面と同一の表面において適宜に選ばれる。

図２は本発明の近接センサーの実施例２の要部断面図である。本実施例においても可視光カット樹脂１０と遮光体１２とが二色成形技術によって一体成形されている点は実施例１と同じである。相違点は、遮光体１２の下端が可視光カット樹脂１０の下端よりも下がって、赤外線発光素子２および受光素子３の少なくとも上部を囲んでいることである。この構成により、赤外線発光素子２より発し受光素子３に紛れ込む迷光は実施例１よりも更に弱くすることができる。図２にも遮光ラバー１１が、もし完全性を追求するために設ければという仮定の元に一応は図示されてはいるが、その必要性はあまり大きくはないものである。その他の構成は実施例１と変わりはない。

以上本発明の２つの実施例について述べたが、本発明はもちろんこれらの範囲に限定されるものではない。例えば、赤外線発光素子や受光素子の種類、筒型の遮光体の形状、可視光カット樹脂の形状、それらの軸の角度等の変更、それらにレンズ作用を与えること、機器筐体の凹部の深さの設定、あるいは更に他の部材を一体化した多色成形技術の適用などが考えられる。

本発明においては近接センサーのＳ／Ｎ比を改善し、検出可能距離を延長し、更には密着による誤動作を避けることもでき、しかも部品点数の少数性を失わず、組立性も良いので、携帯電話機などへの適用も容易であり、使用者の耳保護に有効であるので、産業上の利用可能性は極めて大きい。

本発明の実施例１の要部断面図である。 本発明の実施例２の要部断面図である。 第２の従来例の要部断面図である。 第１の従来例の使用状態の要部断面図である。

符号の説明

１ 回路基板
２ 赤外ＬＥＤ
３ フォトダイオード
４ 機器筐体
４ａ 凹部
５ 窓
６、６ａ、６ｂ 出射光
７ 反射体
８ 反射光
９、９ａ、９ｂ ノイズ光
１０ 赤外光カット樹脂
１１ 遮光ラバー
１２ 遮光体

Claims (4)

1. 電子機器の一面に設けられ、赤外線発光素子と受光素子とを接近させてほぼ同一方向に発光と受光が行われるように配置した近接センサーにおいて、前記赤外線発光素子より発光する光が外部の反射体からの反射作用を経由せずに前記受光素子に到達することを防止する遮光性樹脂より成る、側方に連結された形状の一対の筒型の遮光体を前記赤外線発光素子と受光素子との前面に備えると共に、該一対の筒型の遮光体のそれぞれの内部には可視光に対して不透明であるが赤外線に対しては透過性のある可視光カット樹脂が充填されており、前記連結された一対の筒型の遮光体と前記可視光カット樹脂とは、二色成形技術により一体化された一個の部品を構成していることを特徴とする近接センサー。
2. 前記筒型の遮光体のそれぞれの下端は、前記赤外線発光素子および前記受光素子の少なくとも上端部分を包囲していることを特徴とする請求項１に記載の近接センサー。
3. 前記受光素子の周囲及び該受光素子の前面の筒型の遮光体の少なくとも下端部の周囲を、更に遮光性のラバー部材で覆ったことを特徴とする請求項１または２に記載の近接センサー。
4. 前記筒型の遮光体の上面は、前記電子機器の筐体に設けた凹部内に配置され、前記筒型の遮光体の上面は前記電子機器の筐体の主たる表面よりも後退していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の近接センサー。
   

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